管板堆焊過(guò)程中防變形措施解析

周慶華

（浙江巨化裝備工程集團(tuán)有限公司，浙江 衢州324004）

1 概述

在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，壓力容器的使用范圍越來(lái)越廣，在各部門的制造和科學(xué)研究等方面中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在石油化工、煤化工等行業(yè)的壓力容器制造過(guò)程中，通常采用原材料堆焊方法提高壓力容器的使用壽命，然而原材料堆焊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生變形，嚴(yán)重影響壓力容器的尺寸以及性能，從而導(dǎo)致其無(wú)法滿足該壓力容器的制造生產(chǎn)需求，容易造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)原材料的堆焊方法以及其變形情況進(jìn)行研究，提出相應(yīng)的防變形措施，為今后的壓力容器的制造工作提供重要的經(jīng)驗(yàn)，能夠在很大程度上提高壓力容器零部件的質(zhì)量水平。本文將首先對(duì)換熱器類設(shè)備的管板堆焊過(guò)程中的變形問(wèn)題，指出其堆焊過(guò)程中產(chǎn)生的各種情形，然后針對(duì)管板表面堆焊過(guò)程中的變形情況提出相應(yīng)的防變形措施。

2 管板堆焊產(chǎn)生的變形及防變形措施解析

2.1 管板堆焊產(chǎn)生的變形

由于管板本身所采用的原材料種類較多，特性各不相同，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形的情況。在管板表面堆焊另外一種材料，可以提高其使用強(qiáng)度以及抗腐蝕性，從而提高使用性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是在堆焊后的熱處理過(guò)程中，會(huì)殘留一定量的應(yīng)力，這會(huì)導(dǎo)致管板產(chǎn)生變形，從而造成管板無(wú)法符合生產(chǎn)使用的需要。在一些情況下，還會(huì)因?yàn)槎押讣夹g(shù)本身的特性以及堆焊材料的特殊性，而導(dǎo)致管板產(chǎn)生變形，致使管板無(wú)法使用。

2.2 管板堆焊過(guò)程中防變形措施

由于堆焊方法工藝控制具有復(fù)雜性，因此管板在堆焊過(guò)程中出現(xiàn)變形的情況還有很多種。為避免壓力容器制造的過(guò)程中堆焊方法出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，這就需要不斷收集整理各種變形情況并進(jìn)行分析，根據(jù)不同的變形發(fā)生的情況采取相應(yīng)的措施。

由于管板的規(guī)格較大，在堆焊技術(shù)的使用時(shí)經(jīng)常涉及到大面積的作業(yè)。在大面積的堆焊過(guò)程中，變形的情況極易發(fā)生。在對(duì)管板進(jìn)行大面積的堆焊操作時(shí)，會(huì)涉及到焊接的熱輸入量以及熔合比等等各種參數(shù)的設(shè)置。參數(shù)設(shè)置的不同會(huì)導(dǎo)致管板的情況出現(xiàn)很大的差異，包括組織的分布情況以及應(yīng)力的大小情況。由于該操作是將不同種類的材料整合到一起，因此也會(huì)導(dǎo)致材質(zhì)的分布不均勻，種種分布不均勻的情況增加了應(yīng)力的大小，這會(huì)導(dǎo)致管板本身對(duì)于外力的承受能力減弱、抗腐蝕性降低，并隨著管板直徑以及材料厚度的增加進(jìn)一步顯著，導(dǎo)致變形的發(fā)生。因此一些防變形的措施應(yīng)當(dāng)應(yīng)用在堆焊過(guò)程中。

反變形技術(shù)的應(yīng)用可以在很大程度上避免堆焊過(guò)程中出現(xiàn)變形的情況。反變形技術(shù)是指通過(guò)經(jīng)驗(yàn)以及各種數(shù)據(jù)的計(jì)算，預(yù)計(jì)管板在堆焊過(guò)程中可能出現(xiàn)的變形程度的大小，并通過(guò)熱鍛壓技術(shù)使管板堆焊部分凹出相應(yīng)的大小，以抵消堆焊過(guò)程中的變形。但具體的估計(jì)的計(jì)算與材料的材質(zhì)、規(guī)格以及操作的詳細(xì)流程等因素緊密相關(guān)，需要針對(duì)不同的情況得到不同的計(jì)算方式。因?yàn)槎押高^(guò)程中的變形情況很難準(zhǔn)確的估計(jì)出來(lái)，因此反變形技術(shù)也會(huì)存在略微的偏差，這種偏差在允許范圍內(nèi)可不進(jìn)行處理，超出允許范圍可利用其它方法進(jìn)行解決。另外在后續(xù)的制造過(guò)程中，管板鉆孔、管板焊接等操作還會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響，會(huì)造成管板出現(xiàn)變形。因此無(wú)論反變形技術(shù)能否非常精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)出管板的變形大小，都可以在很大程度上減小管板的變形程度。

與反變形技術(shù)類似，預(yù)變形技術(shù)也是通過(guò)提前改變管板的形狀用以抵消堆焊過(guò)程中出現(xiàn)的變形情況。而為了減少熱加工過(guò)程對(duì)堆焊方法下的變形情況的影響，可以采用預(yù)熱的方法來(lái)對(duì)需進(jìn)行堆焊操作的部位進(jìn)行加熱。通過(guò)預(yù)熱的方式，可以大幅度的減小壓力容器在堆焊操作前后的溫度的差異以及應(yīng)力的差距，溫差以及應(yīng)力的減小有利于降低管板在堆焊操作過(guò)程中出現(xiàn)變形的可能性。防止堆焊過(guò)程的變形現(xiàn)象還可以通過(guò)提高壓力容器零件的剛度來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如在堆焊過(guò)程中同一規(guī)格的堆焊材料，可以正反疊加兩層，采用工裝固定，這可以在很大程度上提高其剛度降低變形的可能性，同時(shí)堆焊過(guò)程中，不斷翻身堆焊，降低變形量，也是反變形控制的一種方式。在堆焊操作完成后，一旦出現(xiàn)了某些變形現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)處理，可以借助在堆焊后零件具備的較強(qiáng)的塑性來(lái)對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整，強(qiáng)制其恢復(fù)至正常的狀態(tài)。為減小堆焊過(guò)程中出現(xiàn)因應(yīng)力而產(chǎn)生的變形，一般會(huì)在堆焊操作后采用消除應(yīng)力熱處理，但必須要嚴(yán)格控制好熱處理的環(huán)境溫度、保溫時(shí)間以及堆焊的厚度。而在對(duì)大面積大規(guī)格的管板進(jìn)行堆焊處理時(shí)，堆焊的處理層數(shù)往往會(huì)很多，為避免變形現(xiàn)象的出現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的釋放相應(yīng)的應(yīng)力。例如在進(jìn)行完每一層堆焊處理之后，可以在相應(yīng)的位置上鉆一些小孔，用以釋放一定量的應(yīng)力。并在最后階段使用人工的方式進(jìn)行堆焊處理，這樣可以更好地控制壓力容器在操作過(guò)程中的處理，在很大程度上減小變形量。

很多壓力容器制造廠家，往往采用水冷的方式減小產(chǎn)生的變形量，堆焊過(guò)程中采用這種方法，管板溫度降速較快，應(yīng)力難以釋放，對(duì)消除應(yīng)力熱處理的工藝控制要求較高，一旦控制不好，變形大小難以控制。

結(jié)束語(yǔ)

隨著石油化工、煤化工行業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于壓力容器的需求越來(lái)越多樣化，面對(duì)更加嚴(yán)格的要求，致使我們對(duì)于壓力容器的每個(gè)零部件都應(yīng)經(jīng)過(guò)精密的檢查。在原材料的堆焊操作過(guò)程中，由于種種原因非常容易造成零部件的變形從而導(dǎo)致其不符合生產(chǎn)制造的要求，造成經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)本文對(duì)于原材料堆焊方法的防變形措施的分析，可以在很大程度上避免壓力容器在制造過(guò)程中的堆焊方法出現(xiàn)變形的情況。但由于堆焊過(guò)程工藝控制的復(fù)雜性，很多操作還未能研究到位，因此還需要我們進(jìn)行不斷的研究積累。通過(guò)分析各類已知或者未知的情況，靈活運(yùn)用各類防變形措施，針對(duì)不同的情況采取不同的措施。